Натрий - это металл или неметалл? Ошибочно полагать, что второй вариант. Натрий является мягким серебристо-белым металлом, который входит в таблицу Менделеева под атомным номером 11.
К тому же он (точнее его соединения) известны с давних времен! Даже в Библии упоминалось о натрии, как о компоненте чистящего средства. Впрочем, это историческая справка, пусть и интересная. Сейчас же стоит поговорить об особенностях данного элемента и прочих его характеристиках.
Итак, ответ на вопрос «Натрий - это металл или неметалл?» предельно ясен. Даже взглянув на это вещество, можно все понять. Очевидно, что Который, кстати, пусть и обладает серебристо-белым цветом, но в тонких слоях имеет фиолетовый оттенок.
Это очень пластичное вещество. Мягкими называются те металлы, которые без особых усилий поддаются ковке, а также отличаются пластичностью и легкоплавкостью. Но по отношению к натрию это слово может быть применено в прямом смысле. Его можно порезать ножом без усилий. Кстати, свежий срез очень ярко блестит. Из других свойств можно отметить:
Стоит отметить, что под давлением натрий (Na) становится красным и прозрачным. В таком состоянии этот металл очень похож на рубин.
Если поместить его в условия комнатной температуры, то он образует кристаллы в кубической симметрии. Однако, понизив ее до −268 °С, можно увидеть, как металл переходит в гексагональную фазу. Чтобы понять, о чем речь, достаточно вспомнить графит. Это яркий пример гексагонального кристалла.
Теперь можно перейти к химическим свойствам натрия (Na). Этот щелочной металл, находясь на воздухе, легко окисляется. В итоге образуется оксид натрия (Na 2 O). Выглядит он как бесцветные кубические кристаллы. Это солеобразующее бинарное неорганическое вещество, которое применяется как реактив в процессе синтеза. С его помощью изготавливают гидроксид натрия и прочие соединения.
Поэтому, чтобы защитить металл от кислородного воздействия, его хранят в керосине.
А вот при горении образуется пероксид натрия (Na 2 O 2). Они выглядят как бело-желтые кристаллы, для которых характерно энергичное взаимодействие с водой, сопровождающееся выделением тепла. Na 2 O 2 применяют для отбеливания шелка, шерсти, тканей, соломы, вискозной и древесной массы.
С H 2 O серебристо-белый мягкий металл натрий также успешно взаимодействует. Реакция с водой получается очень бурной. Небольшой кусочек натрия, помещенный в эту жидкость, всплывает, и из-за выделяющегося тепла начинает плавиться. В итоге он превращается в белый шарик, который в быстром темпе движется по поверхности воды в разных направлениях.
Эта весьма эффектная реакция сопровождается выделением водорода. Проводя подобный эксперимент, нужно проявлять осторожность, так как он может воспламениться. А происходит все по следующему уравнению: 2Na + 2Н 2 О → 2NaOH + Н 2 .
Натрий - это металл, его еще можно назвать сильным восстановителем, которым он и является. Как и другие щелочные вещества, впрочем. Так что он энергично взаимодействует со многими неметаллами, кроме углерода, йода и благородных газов, к которым относится радиоактивный радон, криптон, неон, ксенон, аргон и гелий. Такие реакции выглядят так: 2Na + Cl 2 → 2NaCl. Или вот еще пример: 2Na + Н 2 → 250-450 °С 2NaH.
Стоит отметить, что натрий является более активным, чем литий. В принципе, он может реагировать с азотом, но очень плохо (в тлеющем разряде). В итоге этого взаимодействия образуется неустойчивое вещество, называющееся нитридом натрия. Это кристаллы темно-серого цвета, реагирующие с водой и разлагающиеся при нагревании. Образуются они по уравнению: 6Na + N 2 → 2Na 3 N.
Их тоже следует перечислить, рассказывая про химические характеристики натрия. С разбавленными кислотами данное вещество взаимодействует, как обычный металл. Выглядит это так: 2Na + 2HCl → 2NaCl + Н 2 .
С концентрированными веществами, которым свойственны окислительные реакции, натрий взаимодействует иначе, такие реакции сопровождаются выделением продуктов восстановления. Вот пример формулы: 8Na + 10NHO 3 → 8NaNO 3 + 3Н 2 О.
Еще стоит отметить, что щелочной металл натрий легко растворяется в жидком аммиаке (NH 3), 10-процентный раствор которого прекрасно всем известен, как нашатырь. Уравнение выглядит так: Na + 4NH3 → - 40°С Na 4 . Вследствие этой реакции образуется синий раствор.
С газообразным аммиаком металл также взаимодействует, но при нагревании. Выглядит данная реакция так: 2Na + 2NH3 → 35 0°С 2NaNH 2 + Н 2 .
Перечисляя основные свойства натрия, стоит также оговориться, что он может взаимодействовать со ртутью - уникальным элементом, который при нормальных условиях представляет собой бело-серебристую тяжелую жидкость, являясь при этом металлом.
В результате такой реакции образуется сплав. Его точное название - амальгама натрия. Используется это вещество как восстановитель, по своим свойствам являющийся мягче чистого металла. Если подвергнуть его тепловой обработке вместе с калием, то получится жидкий сплав.
А еще этот металл может растворяться в так называемых краун-эфирах - макрогетероциклических соединениях, но только в присутствии растворителей органического происхождения. В результате данной реакции образуется алкалид (соль, сильный восстановитель) или электрид (растворитель синего цвета).
Также нельзя не упомянуть, что алкилгалогениды, являющиеся галогенно-углеродными веществами, с избытком натрия дают натрийорганические соединения. На воздухе они обычно самовоспламеняются. А в воде - взрываются.
Свойства и характеристики натрия позволяют широко использовать его в промышленности, металлургии и препаративной химии как мощного восстановителя. Кроме этого, данное вещество задействовано:
И это лишь некоторые сферы его применения. Но больше всего в мире распространен хлорид натрия. Он есть практически в каждом доме, ведь это - поваренная соль.
А еще нельзя не упомянуть, что земная кора на 2,6 % состоит из натрия. Да и вообще, он находится на 7-м месте в рейтинге самых часто встречающихся в природе элементов и на 5-м - в списке наиболее распространенных металлов. Нахождение в природе натрия в чистом виде невозможно, поскольку он является химически активным, но вот в виде сульфата, карбоната, нитрата и хлорида содержится в огромных количествах.
Итак, все самое основное по теме «Натрий - это металл или неметалл?» было сказано. Напоследок - пару слов о биологической роли данного вещества.
Натрий является неотъемлемой частью любого живого организма. Человеческий - не исключение. Вот, каковы его роли:
Натрий входит в состав практических всех продуктов. Но его основными источниками является соль и пищевая сода. Улучшает усвоение данного вещества витамин D.
Дефицита натрия не встречается, но проблемы, связанные с употреблением недостаточного его количества, могут возникнуть при голодании. Это чревато потерей веса, рвотой, нарушением усвоения моносахаридов, образованием в желудочно-кишечном тракте газов. В особо тяжелых случаях возникает невралгия и судороги. Поэтому лучше не подвергать свой организм жесткому голоданию.
Самые важные функции натрия в организме
Наиболее важная жизнеобеспечивающая функция натрия в организме – это поддержание в норме осмотического давления. Речь идет о том, что для проникновения различных молекул сквозь клеточную мембрану необходимо регулировать давление в межклеточной жидкости и внутри самой клетки. Под действием этого давления молекулы питательных веществ проникают внутрь, а при смене давления продукты жизнедеятельности клетки выходят наружу. Регулируют колебания жидкостного давления ионы натрия. Из всего имеющегося в организме натрия около половины этого вещества содержится в межклеточной жидкости. Примерно 10% приходится на внутриклеточное содержимое, а остальное – включено в состав костной ткани и хрящевой.
Натрий способен не только регулировать движение воды в организме, но и удерживать ее для предотвращения обезвоживания клеток и тканей. Вот почему при избытке этого элемента появляется отечность. Натрий принимает участие в синтезе гормонов вазопрессина – увеличивающего объем жидкости в клетках и суживающего сосуды. А также натрийуретических пептидов – выводящих избыток жидкости из организма, расслабляя при этом сосудистые стенки. Синтез гормона адреналина тоже контролируется натрием.
Еще одна важная функция натрия – он принимает участие в формировании канальцев в клеточных мембранах, сквозь которые внутрь клетки поступают необходимые ей вещества. Он же отвечает за проникновение глюкозы в клетки, чтобы снабжать их энергией. От него зависит тонус сосудистых стенок и возбудимость нервно-мышечных волокон.
Без натрия нарушится выработка в желудке соляной кислоты, а значит – все процессы пищеварения. Этот элемент активизирует выработку пищеварительных ферментов, многих энзимов – особых белков, которые отвечают за важные химические реакции в организме (например, выработку ферментов поджелудочной железы, жирных кислот в печени). Щелочной характер натрия важен для поддержания рН-баланса в организме. Натрий – важнейший элемент для бесперебойной работы почек по выполнению их выводящей функции.
С уровнем содержания натрия в организме напрямую связаны заболевания, развивающиеся из-за колебаний артериального давления. Поскольку этот элемент отвечает за спазмы и расслабление сосудов, то его недостаток может вызвать гипотонию, а избыток – провоцирует артериальную гипертензию. Следствием дисбаланса натрия в организме может стать стенокардия, нарушение работы почек, сбой в обмене веществ, проблемы с пищеварением. Избыток натрия может активизировать склеивание эритроцитов крови, повышая склонность к образованию тромбов. Продолжительный избыток натрия в крови значительно повышает риск неврозов, остеопороза, мочекаменной болезни и сахарного диабета.
Польза натрия для организма напрямую связана с его свойствами и выполняемыми функциями:
Хлорид натрия нашел широкое применение как антибактериальное средство. Его включают в состав зубных паст и ополаскивателей для полости рта. Лаурилсульфат и лауретсульфат натрия – важные компоненты шампуней, гелей для душа и других гигиенических средств, которые обладают как поверхностно-активными свойствами, так и антимикробным действием. В состав мыла обычно включаются соединения солей натрия и жирных кислот – стеариновой, лауриновой и пальмитиновой.
Говоря о пользе натрия, нельзя не вспомнить о его участии в поддержании молодости кожи за счет сохранения ее увлажненности. Натриевая соль гиалуроновой кислоты – один из наиболее популярных компонентов увлажняющей и антивозрастной косметики. Ее молекулы имеют маленький размер и способны проникать в дерму, не только увлажняя кожу за счет притягивания молекул воды, но и за счет стимулирования ферментов, отвечающих за выработку собственной гиалуроновой кислоты. Аскорбил фосфат натрия – вещество, обладающее свойствами антиоксиданта, способное стимулировать ферменты, отвечающие за синтез белков (например, коллагена) и препятствующие выработке меланина (а значит – появлению гиперпигментации).
Наш организм не вырабатывает натрий самостоятельно. Все количество этого элемента, без которого невозможна жизнь, поступает извне с продуктами питания. Натрий настолько широко распространен в природе, что при регулярном сбалансированном питании его вполне достаточно для работы всех органов и систем.
Самый простой способ снабдить свой организм натрием – съесть чайную ложку соли или выпить минеральной воды с хлоридом натрия (к примеру, «Боржоми» - уровень натрия указывается на этикетке). Но традиционно мы получаем натрий из твердой пищи – хлеба, сыра, соленой рыбы, мясных продуктов, соленых овощей и квашеных
Чемпионами по содержанию натрия считаются обитатели океанских и морских вод – мидии, креветки, лобстеры, крабы, морские раки. Много натрия в морской капусте и в соевом соусе.
Примерный уровень содержания натрия в распространенных продуктах питания (мг на 100 г)
| Мясные и молочные продукты | Рыба, морепродукты | Овощи | Фрукты | ||||
| Молоко коровье | 120 | Раки морские | 380 | Капуста квашеная | 800 | Бананы | 54 |
| Телятина | 100 | Мидии | 290 | Фасоль стручковая | 400 | Черная смородина | 34 |
| Свинина | 80 | Камбала | 200 | Свекла | 260 | Абрикосы | 31 |
| Курятина | 80 | Креветки | 150 | Цикорий | 160 | Яблоки | 27 |
| Говядина | 78 | Сардины | 140 | Шпинат | 85 | Сливы | 19 |
| Творог | 30 | Кальмары | 110 | Картофель | 30 | Апельсины | 14 |
| Соленая сельдь | 4800 | Кукурузные хлопья | 660 |
| Колбаса копченая | 2180 | Ржаной хлеб | 620 |
| Колбаса п/к | 1630 | Майонез «Провансаль» | 510 |
| Оливки маринованные | 1145 | Тунец в масле | 502 |
| Колбаса вареная | 1050 | Томаты консервированные | 480 |
| Сыр твердый | 998 | Тушенка говяжья | 440 |
| Свиные сардельки | 962 | Батон хлеба | 435 |
| Шпроты в масле | 629 | Горошек консервированный | 360 |
Совет! В жаркую погоду при интенсивной потере натрия с потоотделением быстро восстановят его недостаток рыбные консервы – например, тунец, скумбрия в масле. Сбалансировать избыток натрия помогут кисломолочные продукты
Некоторые исследования показали, что в этнических группах с культурой ежедневного потребления молочных продуктов (не менее 600 г в день) существенно реже развивается артериальная гипертензия, связанная с избытком натрия в организме.
Натрий можно получить из любых продуктов и напитков с пищевыми добавками – глутаматом натрия, нитритом натрия, бензоатом натрия и т.п. В любых консервах содержатся и поваренная соль и пищевые добавки с натрием.
Попадая с продуктами в организм, натрий начинает частично всасываться уже в желудке, но основная его часть усваивается в тонком кишечнике. Избыток элемента выводится в основном с мочой (95% натрия экскретируется почками) и калом, хотя при обильном потоотделении выведение через кожу может стать значимым фактором потери натрия.
Усвоение натрия может ухудшиться при рационе, состоящем преимущественно из белковой пищи или из соленых блюд. Улучшают усвоение элемента витамин К и витамин Д. Сохранить баланс калия и натрия в крови поможет достаточное количество в меню животных продуктов. Чем больше продуктов с натрием, тем быстрее выводится из организма магний и кальций.
Хорошая сочетаемость натрия с другими питательными веществами основывается на щелочной природе этого элемента. По мнению диетологов, продукты с высоким содержанием натрия (например, овощи, фрукты) желательно сочетать в рационе с продуктами, создающими кислую среду – с высоким содержанием фосфора, хлора, серы (к примеру, рыба, яйца).
Для того чтобы сохранить натрий в продуктах, не следует их замачивать или долго размораживать перед приготовлением, поскольку натрий легко вступает в реакции с водой и теряется. Лучше всего натрий сохраняется при непродолжительном запекании или тушении, поскольку не реагирует на высокие температуры, а при варке продуктов переходит в бульон. При хранении на свету в открытом состоянии продукты утрачивают натрий, который окисляется на воздухе.
Учитывая легкость получения натрия из продуктов и возможность коррекции его содержания в организме при помощи изменений в диете, существуют разные трактовки ежесуточной нормы потребления элемента. Так, к примеру, Американская ассоциация сердечных заболеваний считает минимально необходимой дозой для взрослых 500 мг/день, а максимальной – 1500 мг. Российское исследование, посвященное профилактике артериальной гипертензии, однозначно показало, что гарантией от развития этого заболевания является ежедневное потребление натрия не более 52 ммоль/сут (около 2,5 г). Потребление свыше 100-120 ммоль/сут (примерно 5,5 г) значительно повышает риск эссенциальной артериальной гипертензии (средний уровень потребления натрия, например, у москвичей составляет 161 ммоль/сут).
По нормам всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), для снижения риска инсультов и предупреждения заболеваний сердца, связанных с повышенным артериальным давлением, рекомендуется употреблять с пищей не больше 2 г натрия в день (5 г соли).
Ориентировочные нормы потребления натрия (мг/сут)
Нормы употребления натрия повышаются для людей, выполняющих тяжелую физическую работу, для спортсменов во время тренировок, для тех, кто сильно потеет из-за жаркой погоды или принимает мочегонные средства. Дополнительный натрий нужен при пищевых отравлениях, сопровождающихся сильной рвотой и поносом.
Есть и неофициальные расчеты – на 1 л выпитой в сутки воды можно съесть 1 г соли (половина чайной ложки). При этом нужно помнить о содержании натрия в продуктах питания, о добавлении соли в супы и другие готовые блюда, и учитывать это количество.
Сложность такого учета и становится причиной того, что переизбыток натрия у современных людей встречается значительно чаще, чем дефицит.
Избыток натрия в организме развивается, чаще всего, из-за злоупотребления солью в рационе, а также может быть вызван:
Причиной передозировки натрия бывает сахарный диабет и избыточная выработка надпочечниковых гормонов (синдром Кушинга), нарушение водно-солевого обмена.
Опасность передозировки натрия в том, что он ускоряет выведение калия из организма, а калий отвечает за снабжение мозга кислородом, за нормализацию ритма сердца и выделительные функции почек. Гипернатриемия проявляется судорогами, повышенной возбудимостью, сильным сердцебиением, повышенной температурой тела, сильными отеками, поскольку почки не справляются с выведением избытка натрия. Резко увеличивается масса тела, повышается артериальное давление, значительно возрастает риск развития инсульта.
Дисбаланс натрия может привести к довольно серьезным последствиям для здоровья – вызвать отклонения в работе нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушить пищеварение, стать причиной дисфункции почек, расстройства кровообращения, скопления жидкости в легких. Некоторые исследования показали, что повышенное содержание натрия в рационе ведет к риску развитию катаракты (в связи с повышением глазного давления), отказ от соли становится причиной снижения выработки инсулина и повышает синтез гормона ренина, влияющего на возникновение внезапных инсультов и инфарктов.
Проявления дисбаланса натрия в организме
|
Недостаток натрия |
Переизбыток натрия |
|
| Дыхательная система | Дефицит кислорода, проявляющийся синюшностью кожи | Тяжелая одышка, остановка дыхания |
| Органы пищеварения | Тошнота и рвота, кишечные колики, непрекращающееся слюноотделение | Сильная жажда, шершавый язык, сухость во рту |
| Сердце и сосуды | Снижение давления, тахикардия, склонность к сосудистому коллапсу | Высокое давление, отечность |
| Нервная система | Головные боли, головокружение, общая слабость, апатия, мышечные подергивания, иногда расстройства сознания | Повышенная возбудимость, гиперактивность, судороги в мышцах, беспокойство |
| Кожа | Холодная на ощупь, липкая, утратившая эластичность, высыпания на коже, выпадение волос | Покраснение кожи, клейкость слизистых оболочек |
Симптомы недостаточности натрия объясняются уменьшением его количества во внеклеточной жидкости. Главная опасность продолжительного дефицита натрия в том, что в организме начинают усиленно накапливаться соединения азота, что грозит серьезными последствиями вплоть до смертельного исхода.
Факторы, которые могут способствовать развитию дефицита натрия:
Употребление продуктов с высоким содержанием калия тоже ускоряет выведение натрия, поэтому требует коррекции диеты.
Совет! В жаркую погоду при сильном потоотделении, особенно на пляже при горячем солнце, избежать дефицита натрия и предотвратить тепловой удар поможет 0,5 л слегка подсоленной воды (можно минеральной хлоридной без газа – например, «Миргородской)
Недостаток натрия может долго компенсироваться самим организмом за счет извлечения его из костной ткани. Однако часто повторяющиеся инфекционные заболевания, апатия и повышенная утомляемость, нарушение равновесия при передвижении, утрата аппетита и ощущения вкуса еды, необъяснимое снижение веса – все эти признаки могут свидетельствовать о развивающемся дефиците натрия. Если не принять меры, может начаться интенсивный распад белков, нарушение осмотического давления, повышение остаточного азота. В такой ситуации даже выпитая чистая вода в большом количестве может стать причиной смерти.
При резком снижении уровня натрия в организме могут развиться судороги, а избыток – спровоцировать потерю ориентации в пространстве.
Дисбаланс натрия корректируется изменением рациона и питьевого режима. Если недостаточность натрия невелика – надо пить меньше воды и пересмотреть рацион в пользу продуктов с высоким содержанием натрия (например, морепродуктов, морской капусты), чтобы восполнить дефицит элемента в организме. Если натрия многовато – нужно, прежде всего, ограничить соль в рационе. В более серьезных случаях врач может рекомендовать при дефиците натрия - лекарства, способствующие выделению жидкости или, наоборот, при избытке элемента - отменить препараты, удерживающие в крови натрий. В тяжелых случаях переизбытка натрия может понадобиться внутривенное введение бессолевого раствора, а затем – чтобы предотвратить риск гипонатриемии – раствора хлорида натрия.
Влияние натрия на множество процессов в организме обусловило широкий перечень препаратов, которые применяются при различных патологиях. Рассмотрим некоторые из них, особенно часто применяемые.
Хлорид натрия (хлористый натрий). Применяют при сильной рвоте, тяжелом поносе, обильном диурезе или повышенном потоотделении, при значительных ожогах. Выпускается в порошках, таблетках и ампулах, но чаще всего применяется для внутривенного введения.
Гидрокарбонат натрия (двууглекислый натрий). Применяют при интоксикациях организма, инфекционных заболеваниях, а также в качестве нейтрализатора кислоты (в том числе при повышенной кислотности желудка). При ацидозе или инфекциях назначается в таблетках, при интоксикации – внутривенно. При стоматитах или при попадании кислот на слизистые оболочки – в виде раствора для промываний.
Борат натрия (бура). Антисептик наружного применения, выпускается в виде мазей, растворов для полосканий.
Сульфат натрия (глауберова соль). Применяют как слабительное средство: 15 г для взрослого растворить в стакане воды, действовать начнет через 4 часа.
Тиосульфат натрия (серноватистокислый натрий). Используется как десенсибилизатор и противовоспалительное средство: при аллергиях, невралгиях, артрите - внутривенно, при чесотке – наружно в виде раствора для примочек.
Нитрит натрия (натрий азотистокислый). Применяют как сосудорасширяющее средство при стенокардии, спазмах мозговых сосудов. Выпускается в виде раствора, который можно использовать для инъекций или внутрь – 0,1 г 2-3 раза в день.
Метамизол натрия. Обладает обезболивающим действием, применяется при острых респираторных инфекциях и в качестве жаропонижающего средства. Выпускается в таблетках и ампулах.
Фторид натрия. Широко применяется в стоматологии, поскольку обладает способностью влиять на регенерацию тканей зубов и созревание зубной эмали, обладает противомикробным действием. Используется как в инъекционной, так и в топической форме – в растворах, ополаскивателях и даже в составе лечебной зубной пасты.
Оксибутират натрия. Обладает седативным и миорелаксантным действием, в большой дозе может вызвать состояние сна, активирует обменные процессы в тканях мозга и сердца. Выпускается в виде порошков.
Практически все препараты с содержанием натрия обладают разными побочными эффектами, поэтому их применение обязательно должно быть согласовано с врачом.
Сколько соли мы должны употреблять в день, чтобы не навредить здоровью? Как разобраться в том, где содержится соль в магазинных продуктах и как она скрыта в виде пищевых натриевых добавок? В чем скрытая угроза натрия для организма, поступающего в виде соли? Ответы на эти и другие вопрос смотрите в видео ниже.
Натрий — один из щелочных металлов. Таблица химических элементов показывает его как атом, относящийся к третьему периоду и к первой группе.
В этом разделе будет рассмотрена характеристика натрия с точки зрения физики. Начнем с того, что в чистом виде это твердое вещество серебристого цвета, обладающее металлическим блеском и низкой твердостью. Натрий настолько мягкий, что его с легкостью можно порезать ножом. Температура плавления данного вещества довольно низкая и составляет семьдесят девять градусов Цельсия. Атомная масса натрия тоже небольшая, о ней мы поговорим позже. Плотность этого металла равняется 0,97 г/см 3 .
Данный элемент имеет очень высокую активность — он способен быстро и бурно реагировать со многими другими веществами. Также таблица химических элементов позволяет определить такую величину, как молярная масса — для натрия она составляет двадцать три. Один моль — это такое количество вещества, в котором содержится 6,02 х 10 в 23 степени атомов (молекул, если вещество сложное). Зная молярную массу элемента, можно определить, сколько будет весить конкретное количество моль данного вещетсва. К примеру, два моль натрия весит сорок шесть грамм. Как уже было сказано выше, данный металл — один из самых химически активных, он относится к щелочным, соответственно, его оксид может сформировать щелочь (сильные основания).
Все вещества данной группы, в том числе и в случае с натрием, можно получить посредством сжигания исходного. Таким образом, происходит реакция металла с кислородом, что и приводит к формированию оксида. Например, если сжечь четыре моль натрия, потратим один моль кислорода и получим два моль оксида этого металла. Формула натрия оксида — Na 2 O. Уравнение реакции выглядит так: 4Na + О 2 = 2Na 2 O. Если же добавить к полученному веществу воду, образуется щелочь — NaOH.
Взяв по одному моль оксида и воды, получим два моль основания. Вот уравнение данной реакции: Na 2 O + Н 2 О = 2NaOH. Полученное вещество еще называется едкий натрий. Это связано с его ярко выраженными щелочными свойствами и высокой химической активнотью. Как и сильные кислоты, едкий натрий активно реагирует с солями малоактивных металлов, органическими соединениями и т. д. Во время взаимодействия с солями происходит реакция обмена — образуется новая соль и новое основание. Раствор натрия едкого может легко разрушать ткань, бумагу, кожу, ногти, поэтому он требует соблюдения правил техники безопасности во время работы с ним. Применяется в химической промышленности как катализатор, а также в быту как средство для устранения проблемы засоренных труб.
Это простые вещества, состоящие из химических элементов, которые относятся к седьмой группе периодической системы. В их список входят фтор, йод, хлор, бром. Натрий способен реагировать со всеми из них, образуя такие соединения, как хлористый/бромистый/йодистый/фтористый натрий. Для проведения реакции нужно взять два моль рассматриваемого металла, добавить к нему один моль фтора. В результате получим фтористый натрий в количестве два моль. Данный процесс можно записать в виде уравнения: Na + F 2 = 2NaF. Фтористий натрий, который мы получили, используют в производстве зубных паст против кариеса, а также моющих средств для разнообразных поверхностей. Подобным образом при добавлении хлора можно получить (кухонную соль), йодистый натрий, который используется в изготовлении металлогалогенных ламп, бромистый натрий, применяемый в качестве лекарственного средства при неврозах, бессоннице, истерии и других расстройствах нервной системы.
Также возможны реакции натрия с фосфором, сульфуром (серой), карбоном (углеродом). Такого рода химические взаимодействия можно провести только в случае создания специальных условий в виде высокой температуры. Таким образом, происходит реакция присоединения. С ее помощью можно получить такие вещества, как натрия фосфид, натрия сульфид, натрия карбид.
В качестве примера можно привести присоединение атомов данного металла к атомам фосфора. Если взять три моль рассматриваемого металла и один моль второго компонента, затем нагреть их, то получим один моль фосфида натрия. Данную реакцию можно записать в виде следующего уравнения: 3Na + Р = Na 3 P. Кроме того, натрий способен реагировать с азотом, а также водородом. В первом случае образуется нитрид данного металла, во втором — гидрид. В качестве примеров можно привести такие уравнения химических реакций: 6Na + N2 = 2Na 3 N; 2Na + Н2 = 2NaH. Для проведения первого взаимодействия необходим электрический разряд, второго — высокая температура.
На простых характеристика натрия не заканчивается. Данный металл также вступает в реакцию со всеми кислотами. В результате подобных химических взаимодействий образуется и водород. К примеру, при реакции рассматриваемого металла с соляной кислотой образуется кухонная соль и водород, который испаряется. Выразить данную реакцию можно с помощью уравнения реакции: Na + HCl = NaCl + Н 2 . Подобного рода химическое взаимодействие называется реакцией замещения. С помощью ее проведения можно также получить такие соли, как фосфат, нитрат, нитрит, сульфат, сульфит, карбонат натрия.
Натрий реагирует с солями всех металлов, кроме калия и кальция (они обладают большей химической активностью, нежели рассматриваемый элемент). В подобном случае, как и в предыдущем, происходит реакция замещения. Атомы рассматриваемого металла становятся на место атомов более химически слабого металла. Таким образом, смешав два моль натрия и один моль нитрата магния, получим в количестве два моль, а также чистый магний — один моль. Записать уравнение данной реакции можно так: 2Na + Mg(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + Mg. По такому же принципу можно получить и множество других солей натрия. Также этим способом можно получать металлы из их солей.
Это, пожалуй, одно из самых распространенных веществ на планете. И с ним рассматриваемый металл также способен вступать в химическое взаимодействие. При этом образуется уже рассмотренный выше едкий натрий, или гидроксид натрия.
Для проведения такой реакции понадобится взять два моль натрия, добавить к нему воду, тоже в количестве два моль, и в результате получим два моль гидроксида и один моль водорода, который выделится в виде газа с резким запахом.
Рассмотрев данный металл с химической точки зрения, перейдем к тому, какая же биологическая характеристика натрия. Он является одним из важных микроэлементов. Прежде всего, он является одной из составляющих животной клетки. Здесь он выполняет важные функции: вместе с калием поддерживает участвует в образовании и распространении между клетками нервного импульса, является необходимым химическим элементом для осмотических процессов (что нужно, например, для функционирования клеток почек). Кроме того, натрий отвечает за водно-солевой баланс клетки. Также без данного химического элемента невозможен транспорт по крови глюкозы, так необходимой для функционирования мозга. Еще этот металл принимает участие в процессе сокращения мыщц.
Данный микроэлемент нужен не только животным — натрий в организме растений также выполняет важные функции: он участвует в процессе фотосинтеза, помогая транспортировать углеводы, а также необходим для прохождения органических и неорганических веществ сквозь мембраны.
К повышенному содержанию данного химического элемента в организме может привести чрезмерное употребление соли на протяжении длительного времени. Симптомами избытка натрия может являться повышение температуры тела, отечность, повышенная нервная возбудимость, нарушение функционирования почек. В случае появления подобных симптомов нужно убрать из рациона кухонную соль и продукты, в которых много данного металла (список будет приведен ниже), после чего немедленно обратиться к врачу. Пониженное содержание в организме натрия также приводит к неприятным симптомам и нарушениям работы органов. Вымываться данный химический элемент может при длительном приеме мочегонных препаратов или при употреблении в питье только очищенной (дистиллированной) воды, при повышенном потоотделении и обезвоживании организма. Симптомами недостатка натрия являются жажда, сухость кожи и слизистых оболочек, рвота и тошнота, плохой аппетит, нарушение сознания и апатия, тахикардия, прекращение полноценной работы почек.
Для того чтобы избежать слишком высокого или чересчур низкого содержания в организме рассматриваемого химического элемента, необходимо знать, в какой еде его больше всего. Прежде всего, это уже упомянутая выше кухонная соль. Она на сорок процентов состоит из натрия. Также это может быть морская соль. Кроме того, данный металл содержится в сое и соевом соусе. Большое количество натрия наблюдается в морепродуктах. Это морская капуста, большинство видов рыб, креветки, осьминоги, крабовое мясо, икра, раки и др. Содержание натрия в них связано с тем, что данные организмы обитают в соленой среде с высокой концентрацией солей различных металлов, важных для нормального функционирования организма.
Применение натрия в промышленности очень разностороннее. Прежде всего, данное вещество используют в химической отрасли. Здесь оно необходимо для получения таких веществ, как гидроксид рассматриваемого металла, его фторид, сульфаты и нитраты. Кроме того, оно используется в качестве сильного восстановителя — для выделения чистых металлов из их солей. Существует специальный технический натрий, предназначенный для использования в подобных целях. Его свойства зафиксированы в ГОСТе 3273-75. В связи с упомянутыми выше сильными восстановительными свойствами натрий широко используется в металлургии.
Также данный химический элемент находит свое применение в фамацевтической отрасли, где он чаще всего необходим для получения его бромида, который является одним из главных компонентов многих седативных средств и антидепрессантов. Кроме того, натрий может быть использован в изготовлении газоразрядных ламп — такие будут источниками яркого желтого света. Такое химическое соединение, как натрия хлорат (NaClO 3), уничтожает молодые растения, поэтому его используют для удаления таковых с железнодорожных путей для предупреждения зарастания последних. Цианид натрия получил широкое применение в отрасли добывания золота. С его помощью получают данный металл из горных пород.
Самым распространенным способом является реакция карбоната рассматриваемого металла с углеродом. Для этого необходимо нагреть два указанных вещества до температуры около тысячи градусов по шкале Цельсия. В результате этого образуются два таких химических соединения, как натрий и чадный газ. При взаимодействии одного моль карбоната натрия с двумя моль карбона получится два моль нужного металла и три моль оксида углерода. Уравнение приведенной реакции можно записать следующим образом: NaCO 3 + 2С = 2Na + 3СО. Подобным образом данный химический элемент можно получить и из других его соединений.
Наличие натрий+, как и любых других катионов либо анионов, можно определить путем проведения специальных химических манипуляций. Качественной реакцией на ион натрия является сжигание — в случае присутствия его пламя будет окрашено в желтый цвет.
Во-первых, как уже было сказано, он является одной из составляющих как животной, так и растительной клетки. Также высокая его концентрация наблюдается в морской воде. Кроме того, натрий входит в состав некоторых минералов. Это, к примеру, сильвинит, его формула — NaCl . KCl, а также карналлит, формула которого KCl.MgCl 2 .6H 2 O. Первый из них обладает неоднородной структурой с чередованием разноцветных частей, в его окраске могут встречаться оранжевый, розовый, синий, красный. Данный минерал полностью растворим в воде. Карналлит, в зависимости от места образования и примесей, также может иметь различную расцветку. Он может быть красным, желтым, белым, светло-синим, а также прозрачным. Он обладает неярким блеском, лучи света в нем сильно преломляются. Эти два минерала служат сырьем для получения металлов, которые входят в их состав: натрия, калия, магния.
Ученые считают, что металл, который мы рассмотрели в данной статье, является одним из самых распространенных в природе, так как его в земной коре составляет два с половиной процента.
Натрий (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева: атомный номер 11, атомная масса 22,9898; серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа 23 Na.
Историческая справка. Природные соединения Натрия - поваренная соль NaCl, сода Na 2 CO 3 - известны с глубокой древности. Название "Натрий", происходящее от арабского натрун, греч. nitron, первоначально относилось к природной соде. Уже в 18 веке химики знали много других соединений Натрия. Однако сам металл был получен лишь в 1807 году Г. Дэви электролизом едкого натра NaOH. В Великобритании, США, Франции элемент называется Sodium (от испанского слова soda - сода), в Италии - sodio.
Распространение Натрия в природе. Натрий - типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и другие) 2,77, в основных (базальты и другие) 1,94, в ультраосновных (породы мантии) 0,57. Благодаря изоморфизму Na + и Ca 2+ , обусловленному близостью их ионных радиусов, в магматических породах образуются натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы). В биосфере происходит резкая дифференциация Натрия: осадочные породы в среднем обеднены Натрием (в глинах и сланцах 0,66%), мало его в большинстве почв (среднее 0,63%). Общее число минералов Натрия 222. Na слабо задерживается на континентах и приносится реками в моря и океаны, где его среднее содержание 1,035% (Na - главный металлический элемент морской воды). При испарении в прибрежно-морских лагунах, а также в континентальных озерах степей и пустынь осаждаются соли Натрия, формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником Натрия и его соединений, - галит (каменная соль) NaCl, чилийская селитра NaNO 3 , тенардит Na 2 SO 4 , мирабилит Na 2 SO 4 ·10H 2 O, трона NaH(CO 3) 2 ·2H 2 O. Na - важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% Na; в животных его больше, чем в растениях.
Физические свойства Натрия. При обычной температуре Натрий кристаллизуется в кубической решетке, а = 4,28Å. Атомный радиус 1,86Å, ионный радиус Na + 0,92Å. Плотность 0,968 г/см 3 (19,7 °C), t пл 97,83 °C, t кип 882,9 °C; удельная теплоемкость (20 °C) 1,23·10 3 дж/(кг·К) или 0,295 кал/(г·град); коэффициент теплопроводности 1,32·10 2 вт/(м·К) или 0,317 кал/(см·сек·град); температурный коэффициент линейного расширения (20 °C) 7,1·10 -5 ; удельное электрическое сопротивление (0 °C) 4,3·10 -8 ом·м (4,3·10 -6 ом·см). Натрий парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +9,2·10 -6 ; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).
Химические свойства Натрия. Нормальный электродный потенциал Натрия -2,74 в; электродный потенциал в расплаве -2,4 в. Пары Натрия окрашивают пламя в характерный ярко-желтый цвет. Конфигурация внешних электронов атома 3s 1 ; во всех известных соединениях Натрий одновалентен. Его химическая активность очень высока. При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуется оксид Na 2 O или пероксид Na 2 O 2 - бесцветные кристаллические вещества. С водой Натрий образует гидрооксид NaOH и H 2 ; реакция может сопровождаться взрывом. Минеральные кислоты образуют с Натрием соответствующие растворимые в воде соли, однако по отношению к 98-100%-ной серной кислоте Натрий сравнительно инертен.
Реакция Натрия с водородом начинается при 200 °C и приводит к получению гидрида NaH - бесцветного гигроскопического кристаллического вещества. С фтором и хлором Натрий взаимодействует непосредственно уже при обычной температуре, с бромом - только при нагревании; с иодом прямого взаимодействия не наблюдается. С серой реагирует бурно, образуя сульфид натрия, взаимодействие паров Натрия с азотом в поле тихого электрического разряда приводит к образованию нитрида Na 3 N, а с углеродом при 800-900 °C - к получению карбида Na 2 C 2 .
Натрий растворяется в жидком аммиаке (34,6 г на 100 г NH 3 при 0°C) с образованием аммиачных комплексов. При пропускании газообразного аммиака через расплавленный Натрий при 300-350 °C образуется натрийамин NaNH 2 - бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагаемое водой. Известно большое число натрийорганических соединений, которые по химические свойствам весьма сходны с литийорганическими соединениями, но превосходят их по реакционной способности. Применяют натрийорганические соединения в органическом синтезе как алкилирующие агенты.
Натрий входит в состав многих практически важных сплавов. Сплавы Na - К, содержащие 40-90% K (по массе) при температуре около 25°C, - серебристо-белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью, воспламеняющиеся на воздухе. Электропроводность и теплопроводность жидких сплавов Na - K ниже соответствующих величин для Na и K. Амальгамы Натрия легко получаются при введении металлического Натрия в ртуть; при содержании свыше 2,5% Na (по массе) при обычной температуре являются уже твердыми веществами.
Получение Натрия. Основной промышленный метод получения Натрия - электролиз расплава поваренной соли NaCl, содержащей добавки KCl, NaF, CaCl 2 и другие, которые снижают температуру плавления соли до 575-585 °C. Электролиз чистого NaCl привел бы к большим потерям Натрия от испарения, так как температуры плавления NaCl (801 °C) и кипения Na (882,9 °C) очень близки. Электролиз проводят в электролизерах с диафрагмой, катоды изготовляют из железа или меди, аноды - из графита. Одновременно с Натрием получают хлор. Старый способ получения Натрия - электролиз расплавленного едкого натра NaOH, который значительно дороже NaCl, однако электролитически разлагается при более низкой температуре (320-330 °C).
Применение Натрия. Натрий и его сплавы широко применяются как теплоносители для процессов, требующих равномерного обогрева в интервале 450-650 °C - в клапанах авиационных двигателей и особенно в ядерных энергетических установках. В последнем случае жидкометаллическими теплоносителями служат сплавы Na - K (оба элемента имеют малые сечения поглощения тепловых нейтронов, для Na 0,49 барн), эти сплавы отличаются высокими температурами кипения и коэффициентами теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высоких температурах, развиваемых в энергетических ядерных реакторах. Соединение NaPb (10% Na по массе) применяется в производстве тетраэтилсвинца - наиболее эффективного антидетонатора. В сплаве на основе свинца (0,73% Ca, 0,58% Na и 0,04% Li), применяемом для изготовления осевых подшипников железнодорожных вагонов, Натрий является упрочняющей добавкой. В металлургии Натрий служит активным восстановителем при получении некоторых редких металлов (Ti, Zr, Та) методами металлотермии; в органических синтезе - в реакциях восстановления, конденсации, полимеризации и других.
Вследствие большой химической активности Натрия обращение с ним требует осторожности. Особенно опасно попадание на Натрий воды, которое может привести к пожару и взрыву. Глаза должны быть защищены очками, руки - толстыми резиновыми перчатками; соприкосновение Натрия с влажной кожей или одеждой может вызвать тяжелые ожоги.
Натрий в организме. Натрий - один из основные элементов, участвующих в минеральном обмене животных и человека. Содержится главным образом во внеклеточных жидкостях (в эритроцитах человека около 10 ммолъ/кг, в сыворотке крови 143 ммолъ/кг); участвует в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия, в проведении нервных импульсов. Суточная потребность человека в хлористом натрии колеблется от 2 до 10 г и зависит от количества этой соли, теряемой с потом. Концентрация ионов Натрия в организме регулируется в основном гормоном коры надпочечников - альдостероном. Содержание Натрия в тканях растений относительно высокое (около 0,01% на сырую массу). У галофитов (виды, произрастающие на сильно засоленных почвах) Натрий создает высокое осмотическое давление в клеточном соке и тем самым способствует извлечению воды из почвы.
В медицине из препаратов Натрия наиболее часто применяют сульфат натрия, хлорид NaCl (при кровопотерях, потерях жидкости, рвоте и т. п.), борат Na 2 B 4 О 7 ·10H 2 O (как антисептическое средство), гидрокарбонат NaHCO 3 (как отхаркивающее средство, а также для промываний и полосканий при ринитах, ларингитах и других), тиосульфат Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O (противовоспалительное, десенсибилизирующее и противотоксическое средство) и цитрат Na 3 C 6 H 5 O 7 ·5½H 2 O (препарат из группы антикоагулянтов).
Искусственно полученные радиоактивные изотопы 22 Na (период полураспада Т ½ = 2,64 г.) и 24 Na (Т ½ = 15 ч) применяют для определения скорости кровотока в отдельных участках кровеносной системы при сердечно-сосудистых и легочных заболеваниях, облитерирующем эндартериите и других. Радиоактивные растворы солей Натрия (например, 24 NaCl) используют также для определения сосудистой проницаемости, изучения общего содержания обменного Натрия в организме, водно-солевого обмена, всасывания из кишечника, процессов нервной деятельности и в некоторых других экспериментальных исследованиях.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Натрий - одиннадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Na от латинского «natrium». Расположен в третьем периоде, IА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 11.
Натрий - один из наиболее распространенных элементов на Земле. Он обнаружен в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве. Важнейшие минералы натрия: NaCl (галит), Na 2 SO 4 ×10H 2) (мирабелит), Na 3 AlF 6 (криолит), Na 2 B 4 O 7 ×10H 2) (бура) и др. Огромно содержание солей натрия в гидросфере (около 1,5×10 16 т).
Соединения натрия входят в растительные и животные организмы в последнем случае главным образов в виде NaCl. В крови человека ионы Na + составляют 0,32%, в костях - 0,6%, в мышечной ткани - 0,6-1,5%.
В виде простого вещества натрий представляет собой серебристо-белый металл (рис.1). Он настолько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окисляемости на воздухе натрий хранят под слоем керосина.
Рис. 1. Натрий. Внешний вид.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии натрия существует в виде одноатомных молекул Na, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 22,9898.
Известно двадцать изотопов натрия с массовыми числами от 18-ти до 37-ми, из которых наиболее стабильным является 23 Na с периодом полураспада меньше минуты.
На внешнем энергетическом уровне атома натрия имеется один электрон, который является валентным:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 .
В результате химического взаимодействия натрий отдает свой единственный валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Na 0 -1e → Na + .
В свободном состоянии натрий существует в виде одноатомных молекул Na. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу натрия:
Важнейшие области применения натрия - это атомная энергетика, металлургия, промышленность органического синтеза. В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержащий 77,2% (масс.) кадия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур, имеет высокий коэффициент теплоотдачи и не взаимодействует с большинством конструкционных материалов ни при обычных, ни при повышенных температурах.
Натрий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы.
Со ртутью натрий образует твердый сплав - амальгаму натрия, которая иногда используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла.
ПРИМЕР 1
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Na 2 O → NaCl → NaOH → Na. |
| Ответ | Чтобы получить из оксида натрия хлорид этого же металла необходимо растворить его в кислоте:
Na 2 O+ 2HCl→ 2NaCl + H 2 O. Для получения гидроксида натрия из хлорида этого же металла необходимо растворить его в воде, однако, следует помнить, что гидролиз в этом случае не протекает: NaCl+ H 2 O→ NaOH + HCl. Получение натрия из соответствующего гидроксида возможно, если щелочь подвергнуть электролизу: NaOH ↔ Na + + Cl — ; K(-): Na + + e → Na 0: A(+): 4OH — — 4e → 2H 2 O + O 2 . Тематические материалы:
Обновлено: 11.07.2020
103583
Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
Рубрики сайта
|
